Découvrez les meilleures pratiques pour gérer les problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés, telles que le choix des bons matériaux, l’optimisation de la configuration, l’application de l’analyse thermique, etc.

While a mechanical designer may seem like the key solution contributor for this challenge initially,in reality,it's a multidisciplinary engineering issue where collaboration across various disciplines proves invaluable.Diverse perspectives lead to a more effective solution.For instance, a software designer can set operational limits for temperature thresholds in components,a PCB designer can implement measures to enhance heat dissipation, and a circuit designer can optimize component selections. The mechanical designer's key objective is reducing thermal resistance between the heat source and the electronic enclosure.Through collaborative efforts, whole team can develop a product that meets standards, customer requirements, and efficient.

Quelles sont les meilleures pratiques pour gérer les problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés ?

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Les problèmes thermiques sont l’un des défis les plus courants et les plus critiques dans la conception de circuits imprimés, en particulier pour les applications à haute puissance, haute densité ou haute vitesse. Une chaleur excessive peut affecter les performances, la fiabilité et la durée de vie de votre PCB et de ses composants, ainsi que poser des risques pour la sécurité. Par conséquent, vous devez appliquer certaines des meilleures pratiques pour gérer les problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés, de la phase de planification à la phase de test. Voici quelques-uns des aspects clés que vous devriez considérer.

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1 Choisissez les bons matériaux

Les matériaux que vous utilisez pour votre PCB et ses composants peuvent avoir un impact significatif sur la gestion thermique de votre conception. Vous devez choisir des matériaux qui ont une faible résistance thermique, une conductivité thermique élevée et une bonne compatibilité avec votre environnement d’exploitation prévu. Par exemple, vous pouvez utiliser du cuivre ou de l’aluminium comme dissipateurs de chaleur, du FR-4 ou du polyimide comme substrats et de la céramique ou du métal-noyau comme diélectriques. Vous devez également éviter les matériaux sujets à la dilatation thermique, au gauchissement ou à la fissuration.

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Mihirkumar Lad

Technical Member of Team Knock botz and GTU robotics club
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Here are some best practices: -Component Placement: Place high-power components evenly to avoid hotspots. -Thermal Vias: Use thermal vias to transfer heat from the top layer to inner or bottom layers. -Heat Sinks: Attach heat sinks to high-power components for efficient heat dissipation. -Copper Planes: Use large copper planes to spread heat and reduce thermal resistance. -Thermal Pads: Implement thermal pads under components to enhance heat transfer to the PCB. -Simulation Tools: Utilize thermal simulation software to predict and mitigate heat issues. -Ventilation: Design PCBs with adequate ventilation for improved air circulation.

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2 Optimiser la mise en page

La disposition de votre PCB peut également affecter la dissipation et la distribution de chaleur de votre conception. Vous devez optimiser la disposition pour minimiser les sources de chaleur, maximiser le flux d’air et équilibrer la charge thermique. Par exemple, vous pouvez placer les composants générateurs de chaleur loin les uns des autres et des composants sensibles, utiliser des vias et des plans comme dissipateurs thermiques et aligner les traces et les composants sur la direction du flux d’air. Vous devez également éviter de créer des points chauds, des boucles thermiques ou des gradients thermiques.

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3 Sélectionnez les composants appropriés

Les composants que vous utilisez pour votre PCB peuvent également influencer les problèmes thermiques de votre conception. Vous devez sélectionner des composants qui ont une faible consommation d’énergie, un rendement élevé et des puissances thermiques appropriées. Par exemple, vous pouvez utiliser des périphériques montés en surface (SMD) au lieu de dispositifs à trou traversant (THDs), car ils ont des empreintes plus petites, des profils plus bas et un meilleur transfert de chaleur. Vous devez également utiliser des composants capables de gérer la plage de température, le courant et la tension attendus de votre conception.

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4 Appliquer l’analyse thermique

L’analyse thermique est une étape cruciale dans la gestion des problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés, car elle peut vous aider à identifier et à résoudre les problèmes potentiels avant qu’ils ne deviennent coûteux ou dangereux. Vous devez appliquer des outils et des méthodes d’analyse thermique tout au long de votre processus de conception, du schéma au prototype. Par exemple, vous pouvez utiliser un logiciel de simulation, des caméras thermiques, des thermocouples ou des capteurs infrarouges pour mesurer et visualiser la distribution de température, le flux de chaleur et la résistance thermique de votre circuit imprimé et de ses composants.

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5 Mettre en œuvre des solutions de refroidissement

Les solutions de refroidissement sont un autre aspect essentiel de la gestion des problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés, car elles peuvent vous aider à réduire et à éliminer l’excès de chaleur de votre conception. Vous devez mettre en œuvre des solutions de refroidissement adaptées à vos exigences de conception, à vos contraintes et à votre budget. Par exemple, vous pouvez utiliser des solutions de refroidissement passif, telles que des dissipateurs thermiques, des caloducs ou des coussinets thermiques, ou des solutions de refroidissement actif, telles que des ventilateurs, des soufflantes ou des systèmes de refroidissement liquide. Vous devez également tenir compte des facteurs de bruit, de puissance et de maintenance de vos solutions de refroidissement.

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6 Testez et validez votre conception

La dernière étape de la gestion des problèmes thermiques dans la conception de circuits imprimés consiste à tester et à valider votre conception dans des conditions et des scénarios réalistes. Vous devez tester et valider votre conception à l’aide de diverses méthodes et instruments, tels que le cyclage thermique, les tests de contrainte, les tests de rodage ou les tests de fiabilité. Vous devez également surveiller et enregistrer les paramètres de température, de courant, de tension et de performance de votre PCB et de ses composants. Vous devez également comparer les résultats avec vos spécifications et vos attentes, et apporter les ajustements ou améliorations nécessaires.

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7 Voici ce qu’il faut prendre en compte

Il s’agit d’un espace pour partager des exemples, des histoires ou des idées qui ne correspondent à aucune des sections précédentes. Que voudriez-vous ajouter d’autre?

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Ali SARIGECILI, MSc.

Mechanical Design | Thermal Management | Structural Analysis | Capgemini Engineering | ASML
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While a mechanical designer may seem like the key solution contributor for this challenge initially,in reality,it's a multidisciplinary engineering issue where collaboration across various disciplines proves invaluable.Diverse perspectives lead to a more effective solution.For instance, a software designer can set operational limits for temperature thresholds in components,a PCB designer can implement measures to enhance heat dissipation, and a circuit designer can optimize component selections. The mechanical designer's key objective is reducing thermal resistance between the heat source and the electronic enclosure.Through collaborative efforts, whole team can develop a product that meets standards, customer requirements, and efficient.

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1 Choisissez les bons matériaux

2 Optimiser la mise en page

3 Sélectionnez les composants appropriés

4 Appliquer l’analyse thermique

5 Mettre en œuvre des solutions de refroidissement

6 Testez et validez votre conception

7 Voici ce qu’il faut prendre en compte

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